How quantum mechanics explains global warming - Lieven Scheire

Traduttore: Alessandra Tadiotto Revisore: Ariana Bleau Lugo

You've probably heard that

Probabilmente avete sentito che il CO2

carbon dioxide is warming the Earth,

sta riscaldando la Terra,

but how does it work?

ma come funziona?

Is it like the glass of a greenhouse

Assomiglia al vetro di una serra

or like an insulating blanket?

o a un pannello isolante?

Well, not entirely.

Be', non proprio.

The answer involves a bit

La risposta richiede

of quantum mechanics, but don't worry,

un po' di meccanica quantistica.

Ma niente paura, cominceremo con un arcobaleno.

we'll start with a rainbow.

If you look closely at sunlight separated

Se guardate attentamente la luce solare

through a prism,

separata attraverso un prisma,

you'll see dark gaps where bands of color went missing.

vedrete delle striature scure dove le bande di colore mancano.

Where did they go?

Come mai?

Before reaching our eyes,

Prima di raggiungere i nostri occhi,

different gases absorbed those

gas differenti hanno assorbito

specific parts of the spectrum.

quelle specifiche parti dello spettro.

For example, oxygen gas snatched up

Per esempio, l'ossigeno ha catturato

some of the dark red light,

parte della luce rosso scuro,

and sodium grabbed two bands of yellow.

e il sodio ha catturato due bande di giallo.

But why do these gases absorb

Ma come mai questi gas assorbono

specific colors of light?

colori specifici della luce?

This is where we enter the quantum realm.

È qui che entra in gioco il mondo dei quanti.

Every atom and molecule has a set number

Ogni atomo e molecola ha un dato numero

of possible energy levels for its electrons.

di livelli possibili di energia per i suoi elettroni.

To shift its electrons from the ground state

Per innalzare gli elettroni

to a higher level,

da un livello basso a uno più alto,

a molecule needs to gain a certain amount of energy.

una molecola deve guadagnare una certa quantità di energia.

No more, no less.

Né di più, né di meno.

It gets that energy from light,

Prende tale energia dalla luce,

which comes in more energy levels than you could count.

che conta più livelli di energia di quelli che possiamo immaginare.

Light consists of tiny particles called photons

La luce consiste di minuscole particelle chiamate fotoni

and the amount of energy in each photon

e la quantità di energia di ogni fotone

corresponds to its color.

corrisponde al suo colore.

La luce rossa possiede meno energia e lunghezze d'onda più lunghe.

Red light has lower energy and longer wavelengths.

Purple light has higher energy and shorter wavelengths.

La luce violetta possiede maggiore energia e lunghezze d'onda più corte.

Sunlight offers all the photons of the rainbow,

La luce solare offre tutti i fotoni dell'arcobaleno,

so a gas molecule can choose

perciò una molecola di gas può scegliere

the photons that carry the exact amount of energy

i fotoni con l'esatta quantità di energia

needed to shift the molecule to

necessaria per far passare la molecola

its next energy level.

al livello di energia successivo.

When this match is made,

Quando i due si incontrano,

the photon disappers as the molecule

il fotone scompare

gains its energy,

e la molecola guadagna energia,

and we get a small gap in our rainbow.

e così si crea un piccolo buco nel nostro arcobaleno.

If a photon carries too much or too little energy,

Se un fotone porta troppa o troppo poca energia,

the molecule has no choice but

la molecola non ha altra scelta

to let it fly past.

che lasciarlo passare.

This is why glass is transparent.

Ecco perché il vetro è trasparente.

The atoms in glass do not pair well

Gli atomi del vetro non combaciano

with any of the energy levels in visible light,

con nessuno dei livelli di energia della luce visibile,

so the photons pass through.

così i fotoni ci passano attraverso.

So, which photons does carbon dioxide prefer?

Dunque, quali sono i fotoni preferiti dal diossido di carbonio?

Where is the black line in our rainbow

Dov'è la linea nera nel nostro arcobaleno

that explains global warming?

che spiega il riscaldamento globale?

Well, it's not there.

Be', non è lì.

Carbon dioxide doesn't absorb light directly

Il diossido di carbonio non assorbe la luce direttamente

from the Sun.

dal Sole.

It absorbs light from a totally

L'assorbe da un corpo celeste completamente diverso.

different celestial body.

One that doesn't appear to be emitting light at all:

Uno che non sembra emettere luce per niente:

Earth.

la Terra.

If you're wondering why our planet

Se vi domandate perché il nostro pianeta

doesn't seem to be glowing,

non sembra brillare,

it's because the Earth doesn't emit visible light.

è perché la Terra non emette luce visibile.

It emits infared light.

Emette luce agli infrarossi.

The light that our eyes can see,

La luce che i nostri occhi percepiscono,

including all of the colors of the rainbow,

compresi tutti i colori dell'arcobaleno,

is just a small part of the larger spectrum

è solo una minima parte del più ampio spettro

of electromagnetic radiation,

delle radiazioni elettromagnetiche,

which includes radio waves, microwaves,

che comprende le onde radio, le microonde,

infrared, ultraviolet, x-rays,

gli infrarossi, gli ultravioletti, i raggi X, e i raggi Gamma.

and gamma rays.

Può sembrare strano pensare a queste cose in termini di luce,

It may seem strange to think of these things as light,

but there is no fundamental difference

ma non c'è alcuna differenza fondamentale

between visible light and other electromagnetic radiation.

tra la luce visibile e le altre radiazioni elettromagnetiche.

È la stessa energia,

It's the same energy,

but at a higher or lower level.

ma a un livello inferiore o superiore.

In fact, it's a bit presumptuous to define

Di fatto, è un po' presuntuoso definire

the term visible light by our own limitations.

il termine luce visibile dalle nostre stesse limitazioni.

After all, infrared light is visible to snakes,

Dopo tutto, la luce infrarossa è visibile ai serpenti,

and ultraviolet light is visible to birds.

e quella ultravioletta è visibile agli uccelli.

If our eyes were adapted to see light of

Se i nostri occhi fossero adatti a vedere la luce

1900 megahertz, then a mobile phone

dei 1900 megahertz, allora un telefono cellulare

would be a flashlight,

sarebbe un raggio di luce,

and a cell phone tower

e una antenna di telefonia mobile

would look like a huge lantern.

sembrerebbe un'enorme lanterna.

Earth emits infrared radiation

La Terra emette radiazioni infrarosse

because every object with a temperature

perché ogni oggetto con una temperatura

above absolute zero will emit light.

sopra lo zero assoluto emette luce.

This is called thermal radiation.

Tale fenomeno è chiamato radiazione termica.

The hotter an object gets,

Più caldo diventa un oggetto,

the higher frequency the light it emits.

più alta è la frequenza di luce che emette.

When you heat a piece of iron,

Quando scaldate un pezzo di ferro,

it will emit more and more frequencies of infrared light,

emetterà sempre più frequenze di luce infrarossa,

and then, at a temperature of around 450 degrees Celsius,

e poi, alla temperatura di circa 450° C,

its light will reach the visible spectrum.

la sua luce raggiungerà lo spettro visibile.

At first, it will look red hot.

All'inizio, sembrerà rosso acceso.

And with even more heat,

E, con ancora più calore,

it will glow white

passerà al bianco

with all of the frequencies of visible light.

con tutte le frequenze della luce visibile.

Questo è il principio con cui funzionano

This is how traditional light bulbs

were designed to work

le lampadine tradizionali

and why they're so wasteful.

e del perché erano così dispendiose.

95% of the light they emit is invisible to our eyes.

Il 95 per cento della luce che emettono è invisibile ai nostri occhi.

E viene sprecato in calore.

It's wasted as heat.

Le radiazioni infrarosse della Terra si disperderebbero nello spazio

Earth's infrared radiation would escape to space

if there weren't greenhouse gas molecules

se non ci fossero le molecole di gas serra

in our atmophere.

nella nostra atmosfera.

Just as oxygen gas prefers the dark red photons,

Come l'ossigeno preferisce i fotoni rosso scuro,

carbon dioxide and other greenhouse gases

così il CO2 e altri gas serra

match with infrared photons.

si combinano con i fotoni infrarossi.

Forniscono la giusta quantità di energia

They provide the right amount of energy

to shift the gas molecules into their higher energy level.

per far sì che le molecole di gas passino al loro livello superiore.

Shortly after a carbon dioxide molecule

Poco dopo che una molecola di CO2

absorbs an infrared photon,

ha assorbito un fotone infrarosso,

it will fall back to its previous energy level,

tornerà al suo livello di energia precedente,

and spit a photon back out in a random direction.

e spingerà fuori un fotone in direzione casuale.

Some of that energy then returns

Parte di quella energia ritorna

to Earth's surface,

sulla superficie terrestre,

causing warming.

provocando il riscaldamento.

The more carbon dioxide in the atmosphere,

Più CO2 c'è nell'atmosfera,

the more likely that infrared photons

più è probabile che i fotoni infrarossi

will land back on Earth

ritornino sulla Terra

and change our climate.

e cambino il nostro clima.